嵌入式系统中FPGA编程方案研究与设计实现

论文摘要

随着深亚微米技术的出现,现场可编程逻辑门阵列（FPGA）得到了迅猛发展,也使得可编程片上系统（SOPC）成为未来嵌入式系统设计技术发展的必然趋势。由于FPGA存储阵列的掉电易失性,每次上电后都需对FPGA重新载入配置数据。这使得编程在FPGA开发应用中占据了至关重要的位置。随着边界扫描技术的发展,边界扫描接口在FPGA编程中的应用引起人们更多的重视。本文提出了一种基于边界扫描接口的可编程逻辑器件系统内编程方案。首先对标准测试访问通道与边界扫描结构的IEEE1149.1标准和可编程逻辑器件系统内编程的IEEE1532标准进行了深入的分析和研究。然后,在对边界扫描的行为描述文件SVF研究的基础上,提出了更适合应用于器件的编程RSVF格式文件。最后,根据以上分析,对设计方案中包括的边界扫描的主级控制模块,边界扫描控制逻辑模块和实现系统内编程功能的逻辑模块,确定各自模型的规划设计任务,使用VerilogHDL语言对整套编程方案进行建模与仿真,实现了标准规定的全部强制指令和大部分可选指令,很好的完成了器件编程的功能,并用FPGA验证成功。由于采用了控制器的实现方式,使得编程操作具有自动化程度高、灵活高效、成本低的优势,而且与之配合使用的RSVF格式文件占用存储空间更小,操作更为简便合理。本方案对于FPGA在嵌入式系统中的应用具有潜在的前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 嵌入式系统与FPGA
• 1.2 FPGA 硬件特点
• 1.3 FPGA 配置方式
• 1.4 边界扫描技术的产生与发展
• 1.5 国内外FPGA 研发现状
• 1.6 本文主要内容及结构
• 1149.1 标准原理及结构'>第二章 IEEE₁149.1 标准原理及结构
• 2.1 基本原理
• 2.2 测试访问端口
• 2.3 TAP 控制器
• 2.4 指令寄存器
• 2.5 指令系统
• 2.5.1 公共指令
• 2.5.2 专用指令
• 2.5.3 BYPASS 指令
• 2.5.4 SAMPLE 指令
• 2.5.5 PRELOAD 指令
• 2.5.6 EXTEST 指令
• 2.5.7 INTEST 指令
• 2.5.8 RUNBIST 指令
• 2.5.9 CLAMP 指令
• 2.5.10 IDCODE 指令
• 2.5.11 USECODE 指令
• 2.5.12 HIGHZ 指令
• 2.6 数据寄存器
• 2.6.1 旁路寄存器
• 2.6.2 边界扫描寄存器
• 2.6.3 器件标识寄存器
• 2.7 本章小结
• 1532 标准原理及结构'>第三章 IEEE₁532 标准原理及结构
• 3.1 标准概述
• 3.2 系统模式状态
• 3.2.1 系统模式状态定义
• 3.2.2 系统模式状态转换
• 3.2.3 系统模式状态转换时序
• 3.3 ISC 系统结构
• 3.3.1 系统输入/输出pin 脚
• 3.3.2 状态指示码
• 3.3.3 操作成功指示码
• 3.3.4 保护机制
• 3.3.5 存储阵列访问方式
• 3.4 指令系统
• ENABLE 指令'>3.4.1 ISC_ENABLE 指令
• DISABLE 指令'>3.4.2 ISC_DISABLE 指令
• PROGRAM 指令'>3.4.3 ISC_PROGRAM 指令
• NOOP 指令'>3.4.4 ISC_NOOP 指令
• 3.4.5 可选指令
• 3.4.6 自定义指令
• 3.4.7 JTAG 主级器件
• 3.5 数据寄存器
• 3.6 编程操作流程
• 3.7 本章小结
• 第四章 JTAG 操作描述语言
• 4.1 SVF 文件
• 4.1.1 命令介绍
• 4.1.2 描述JTAG 操作
• 4.2 RSVF 文件
• 4.2.1 命令介绍
• 4.2.2 描述JTAG 操作
• 4.3 本章小结
• 第五章 模型研究
• 5.1 开发平台
• 5.2 JTAG 主级器件模型
• 5.2.1 逻辑结构的设计实现
• 5.2.2 端口说明
• 5.2.3 指令的具体操作
• 5.3 JTAG 逻辑模型
• 5.3.1 逻辑结构设计要点
• 5.3.2 模块的实现
• 5.4 ISC 逻辑模型
• 5.4.1 逻辑结构设计要点
• 5.4.2 模块实现
• 5.5 本章小结
• 第六章 仿真验证
• 6.1 测试平台
• 6.2 仿真波形分析
• 6.3 基于FPGA 的验证
• 6.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献